Le particelle cariche pesanti, attraversando un materiale, possono perdere energia mediante due processi:

1. le collisioni anelastiche con gli elettroni atomici del materiale; queste essendo di natura Coulombiana danno come risultato  la ionizzazione o l'eccitazione degli atomi del materiale.
2. lo scattering elastico dai nuclei, che produce il trasferimento di energia dalla particella agli atomi del materiale.

Fra i due il maggiore contributo alla perdita di energia lo dà il primo.
Sia lo scattering elastico che quello anelastico sono dei processi di natura statistica, ma le fluttuazioni nella perdita di energia totale sono piccole se si considera la perdita di energia per unità di percorso, chiamata anche stopping power o semplicemente dE/dx.
La perdita di energia totale per una particella carica pesante è data, dunque, dalla somma di due termini: uno riferito alle collisioni anelastiche, chiamato stopping power elettronico e l'altro riferito alle collisioni elastiche chiamato stopping power nucleare.
Per avere un'idea di seguito è riportato il grafico dell'andamento dello stopping power per una particella carica pesante, calcolato mediante la formula di Bethe-Bloch.

Nel grafico sono evidenziate quattro zone:

Zona A: in tale regione si nota una ripida decrescita proporzionale a 1/b² e quindi a 1/v².

Punto B: qui si raggiunge un minimo di perdita di energia. Tale punto è conosciuto come minima ionizzazione.

Zona C: in tale regione si ha una lenta crescita relativistica proporzionale a ln g.

Zona D: in tale regione la perdita di energia per unità di percorso diviene costante, poiché la ionizzazione è limitata dagli effetti di densità.

Le particelle cariche possono essere soggette a fenomeni di channeling, che limitano l'applicabilità della formula di Bethe-Bloch.
Di seguito sono disponibili alcuni grafici di stopping power nucleare, elettronico e totale relativo a protoni e a particelle a su diversi materiali:

• Stopping power di protoni

• Stopping power di particelle a

È stato notato che la perdita di energia varia man mano che la particella penetra nel materiale, raggiungendo un massimo ad una determinata profondità. Le curve che mostrano la dipendenza di dE/dx dalla penetrazione della particella nel materiale vengono chiamate curve di Bragg. La loro conoscenza diventa molto utile nelle applicazioni mediche delle radiazioni, ad esempio quando si vogliono colpire delle cellule tumorali con un minimo di danno per i tessuti sani circostanti.

La perdita di energia per particelle cariche pesanti solitamente è distribuita attorno ad un valore medio. Tale distribuzione, che con termine tecnico viene definita straggling energetico, è approssimativamente gaussiana per assorbitori più spessi e tende a sviluppare una coda verso più alte energia man mano che diminuisce lo spessore, con un andamento asimmetrico descritto dalla distribuzione di Landau. Tale caratteristica può essere notata osservando alcune simulazioni che sono state fatte con il codice GEANT.

Conoscere la perdita di energia per unità di percorso di una particella risulta importante per il calcolo del suo range e dunque per la costruzione di rivelatori idonei a funzionare come calorimetri.

  La radiazione nella materia